फोटोडिटेक्टर उपकरण संरचनाको प्रकार

प्रकारफोटोडिटेक्टर उपकरणसंरचना
फोटोडिटेक्टरअप्टिकल सिग्नललाई विद्युतीय सिग्नलमा रूपान्तरण गर्ने उपकरण हो, ‌ यसको संरचना र विविधतालाई मुख्यतया निम्न वर्गहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ: ‌
(१) फोटोकन्डक्टिभ फोटोडिटेक्टर
जब फोटोकन्डक्टिभ उपकरणहरू प्रकाशको सम्पर्कमा आउँछन्, फोटोजेनेरेटेड क्यारियरले आफ्नो चालकता बढाउँछ र प्रतिरोध घटाउँछ। कोठाको तापक्रममा उत्साहित क्यारियरहरू विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत दिशात्मक तरिकाले सर्छन्, जसले गर्दा धारा उत्पन्न हुन्छ। प्रकाशको अवस्थामा, इलेक्ट्रोनहरू उत्साहित हुन्छन् र संक्रमण हुन्छ। एकै समयमा, तिनीहरू विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत फोटोकरेन्ट बनाउन बहन्छन्। परिणामस्वरूप फोटोजेनेरेटेड क्यारियरहरूले उपकरणको चालकता बढाउँछन् र यसरी प्रतिरोध कम गर्छन्। फोटोकन्डक्टिभ फोटोडिटेक्टरहरूले सामान्यतया उच्च लाभ र प्रदर्शनमा ठूलो प्रतिक्रिया देखाउँछन्, तर तिनीहरूले उच्च-फ्रिक्वेन्सी अप्टिकल संकेतहरूमा प्रतिक्रिया दिन सक्दैनन्, त्यसैले प्रतिक्रिया गति ढिलो हुन्छ, जसले केही पक्षहरूमा फोटोकन्डक्टिभ उपकरणहरूको प्रयोगलाई सीमित गर्दछ।

(२)PN फोटोडिटेक्टर
P-प्रकार अर्धचालक सामग्री र N-प्रकार अर्धचालक सामग्री बीचको सम्पर्कबाट PN फोटोडिटेक्टर बनाइन्छ। सम्पर्क बन्नु अघि, दुई सामग्रीहरू छुट्टाछुट्टै अवस्थामा हुन्छन्। P-प्रकार अर्धचालकमा फर्मी स्तर भ्यालेन्स ब्यान्डको किनाराको नजिक हुन्छ, जबकि N-प्रकार अर्धचालकमा फर्मी स्तर कन्डक्शन ब्यान्डको किनाराको नजिक हुन्छ। एकै समयमा, कन्डक्शन ब्यान्डको किनारामा रहेको N-प्रकार सामग्रीको फर्मी स्तर दुई सामग्रीको फर्मी स्तर एउटै स्थितिमा नभएसम्म निरन्तर तलतिर सारिन्छ। कन्डक्शन ब्यान्ड र भ्यालेन्स ब्यान्डको स्थिति परिवर्तन पनि ब्यान्डको झुकावसँगै हुन्छ। PN जंक्शन सन्तुलनमा छ र एक समान फर्मी स्तर छ। चार्ज क्यारियर विश्लेषणको पक्षबाट, P-प्रकार सामग्रीहरूमा अधिकांश चार्ज क्यारियरहरू प्वालहरू हुन्, जबकि N-प्रकार सामग्रीहरूमा अधिकांश चार्ज क्यारियरहरू इलेक्ट्रोनहरू हुन्। जब दुई सामग्रीहरू सम्पर्कमा हुन्छन्, वाहक सांद्रतामा भिन्नताको कारणले गर्दा, N-प्रकारका सामग्रीहरूमा भएका इलेक्ट्रोनहरू P-प्रकारमा फैलिनेछन्, जबकि N-प्रकारका सामग्रीहरूमा भएका इलेक्ट्रोनहरू प्वालहरूको विपरीत दिशामा फैलिनेछन्। इलेक्ट्रोन र प्वालहरूको प्रसारले छोडिएको क्षतिपूर्ति नगरिएको क्षेत्रले निर्मित विद्युतीय क्षेत्र बनाउनेछ, र निर्मित विद्युतीय क्षेत्रले वाहक बहावलाई प्रवृत्त गर्नेछ, र बहावको दिशा प्रसारको दिशाको ठीक विपरीत हुन्छ, जसको अर्थ निर्मित विद्युतीय क्षेत्रको गठनले वाहकहरूको प्रसारलाई रोक्छ, र PN जंक्शन भित्र प्रसार र बहाव दुवै हुन्छन् जबसम्म दुई प्रकारको गति सन्तुलित हुँदैन, ताकि स्थिर वाहक प्रवाह शून्य होस्। आन्तरिक गतिशील सन्तुलन।
जब PN जंक्शन प्रकाश विकिरणको सम्पर्कमा आउँछ, फोटोनको ऊर्जा वाहकमा स्थानान्तरण हुन्छ, र फोटोजेनेरेटेड क्यारियर, अर्थात्, फोटोजेनेरेटेड इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडी, उत्पन्न हुन्छ। विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत, इलेक्ट्रोन र प्वाल क्रमशः N क्षेत्र र P क्षेत्रमा बहन्छ, र फोटोजेनेरेटेड क्यारियरको दिशात्मक बहावले फोटोकरेन्ट उत्पन्न गर्दछ। यो PN जंक्शन फोटोडिटेक्टरको आधारभूत सिद्धान्त हो।

(३)पिन फोटोडिटेक्टर
पिन फोटोडायोड भनेको P-प्रकारको सामग्री र I तह बीचको N-प्रकारको सामग्री हो, सामग्रीको I तह सामान्यतया आन्तरिक वा कम-डोपिंग सामग्री हो। यसको काम गर्ने संयन्त्र PN जंक्शन जस्तै छ, जब PIN जंक्शन प्रकाश विकिरणको सम्पर्कमा आउँछ, फोटोनले इलेक्ट्रोनमा ऊर्जा स्थानान्तरण गर्दछ, फोटोजेनेरेटेड चार्ज क्यारियरहरू उत्पन्न गर्दछ, र आन्तरिक विद्युत क्षेत्र वा बाह्य विद्युत क्षेत्रले डिप्लेशन लेयरमा फोटोजेनेरेटेड इलेक्ट्रोन-होल जोडीहरूलाई अलग गर्नेछ, र ड्रिफ्टेड चार्ज क्यारियरहरूले बाह्य सर्किटमा करेन्ट बनाउनेछन्। लेयर I द्वारा खेलिएको भूमिका डिप्लेशन लेयरको चौडाइ विस्तार गर्नु हो, र लेयर I पूर्ण रूपमा ठूलो बायस भोल्टेज अन्तर्गत डिप्लेशन लेयर बन्नेछ, र उत्पन्न इलेक्ट्रोन-होल जोडीहरू द्रुत रूपमा अलग हुनेछन्, त्यसैले PIN जंक्शन फोटोडिटेक्टरको प्रतिक्रिया गति सामान्यतया PN जंक्शन डिटेक्टरको भन्दा छिटो हुन्छ। I तह बाहिरका वाहकहरू पनि डिप्लेशन लेयरद्वारा डिप्लेशन गति मार्फत सङ्कलन गरिन्छ, जसले गर्दा डिप्लेशन करेन्ट बन्छ। I तहको मोटाई सामान्यतया धेरै पातलो हुन्छ, र यसको उद्देश्य डिटेक्टरको प्रतिक्रिया गति सुधार गर्नु हो।

(४)APD फोटोडिटेक्टरहिमस्खलन फोटोडायोड
को संयन्त्रहिमस्खलन फोटोडायोडयो PN जंक्शन जस्तै हो। APD फोटोडिटेक्टरले भारी डोप गरिएको PN जंक्शन प्रयोग गर्दछ, APD पत्ता लगाउने आधारमा अपरेटिङ भोल्टेज ठूलो हुन्छ, र जब ठूलो रिभर्स बायस थपिन्छ, APD भित्र टक्कर आयनीकरण र हिमस्खलन गुणन हुन्छ, र डिटेक्टरको कार्यसम्पादन फोटोकरेन्ट बढ्छ। जब APD रिभर्स बायस मोडमा हुन्छ, डिप्लेशन लेयरमा विद्युतीय क्षेत्र धेरै बलियो हुनेछ, र प्रकाशद्वारा उत्पन्न हुने फोटोजेनेरेटेड क्यारियरहरू द्रुत रूपमा अलग हुनेछन् र विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत द्रुत रूपमा बहनेछन्। यस प्रक्रियाको क्रममा इलेक्ट्रोनहरू जालीमा ठोक्किने सम्भावना हुन्छ, जसले गर्दा जालीमा रहेका इलेक्ट्रोनहरू आयनीकृत हुन्छन्। यो प्रक्रिया दोहोरिन्छ, र जालीमा रहेका आयनीकृत आयनहरू पनि जालीसँग ठोक्किन्छन्, जसले गर्दा APD मा चार्ज वाहकहरूको संख्या बढ्छ, जसको परिणामस्वरूप ठूलो प्रवाह हुन्छ। APD भित्रको यो अद्वितीय भौतिक संयन्त्र हो कि APD-आधारित डिटेक्टरहरूमा सामान्यतया द्रुत प्रतिक्रिया गति, ठूलो वर्तमान मूल्य लाभ र उच्च संवेदनशीलताको विशेषताहरू हुन्छन्। PN जंक्शन र PIN जंक्शनको तुलनामा, APD को प्रतिक्रिया गति छिटो छ, जुन हालको फोटोसेन्सिटिभ ट्यूबहरू मध्ये सबैभन्दा छिटो प्रतिक्रिया गति हो।

(५) स्कोट्की जंक्शन फोटोडिटेक्टर
स्कोट्की जंक्शन फोटोडिटेक्टरको आधारभूत संरचना स्कोट्की डायोड हो, जसको विद्युतीय विशेषताहरू माथि वर्णन गरिएको PN जंक्शनसँग मिल्दोजुल्दो छ, र यसमा सकारात्मक चालकता र रिभर्स कट-अफको साथ एकदिशात्मक चालकता छ। जब उच्च कार्य प्रकार्य भएको धातु र कम कार्य प्रकार्य भएको अर्धचालक सम्पर्क बनाउँछन्, स्कोट्की अवरोध बनाइन्छ, र परिणामस्वरूप जंक्शन स्कोट्की जंक्शन हुन्छ। मुख्य संयन्त्र केही हदसम्म PN जंक्शनसँग मिल्दोजुल्दो छ, उदाहरणको रूपमा N-प्रकार अर्धचालकहरूलाई लिँदा, जब दुई सामग्रीहरू सम्पर्क बनाउँछन्, दुई सामग्रीहरूको फरक इलेक्ट्रोन सांद्रताको कारण, अर्धचालकमा इलेक्ट्रोनहरू धातुको छेउमा फैलिनेछन्। फैलिएका इलेक्ट्रोनहरू धातुको एक छेउमा निरन्तर जम्मा हुन्छन्, यसरी धातुको मूल विद्युतीय तटस्थतालाई नष्ट गर्दछ, अर्धचालकबाट सम्पर्क सतहमा धातुमा निर्मित विद्युतीय क्षेत्र बनाउँछ, र इलेक्ट्रोनहरू आन्तरिक विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत बहनेछन्, र वाहकको प्रसार र बहाव गति गतिशील सन्तुलनमा पुग्न समयको अवधि पछि एकैसाथ गरिनेछ, र अन्ततः स्कोट्की जंक्शन बनाउँछ। प्रकाशको अवस्थामा, अवरोध क्षेत्रले प्रत्यक्ष रूपमा प्रकाश अवशोषित गर्दछ र इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरू उत्पन्न गर्दछ, जबकि PN जंक्शन भित्र फोटोजेनेरेट गरिएका वाहकहरूले जंक्शन क्षेत्रमा पुग्न प्रसार क्षेत्रबाट गुज्रनु पर्छ। PN जंक्शनको तुलनामा, Schottky जंक्शनमा आधारित फोटोडिटेक्टरको प्रतिक्रिया गति छिटो हुन्छ, र प्रतिक्रिया गति ns स्तरमा पनि पुग्न सक्छ।